自動(dòng)控制原理課件胡壽松

自動(dòng)控制原理課件胡壽松contents目錄自動(dòng)控制概述控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法控制系統(tǒng)的校正與補(bǔ)償控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例01自動(dòng)控制概述自動(dòng)控制是利用控制裝置，使被控對(duì)象按照預(yù)設(shè)規(guī)律自動(dòng)運(yùn)行的系統(tǒng)。定義開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、復(fù)合控制系統(tǒng)等。分類定義與分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成根據(jù)設(shè)定值和實(shí)際輸出值的偏差，按照一定的控制規(guī)律計(jì)算出控制量。需要控制的設(shè)備或系統(tǒng)。根據(jù)控制器發(fā)出的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。檢測(cè)被控對(duì)象的輸出量，并將其轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)。控制器被控對(duì)象執(zhí)行器測(cè)量元件自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理設(shè)定值與實(shí)際輸出值的偏差控制器通過(guò)比較設(shè)定值和實(shí)際輸出值，計(jì)算出差值?？刂埔?guī)律的運(yùn)算控制器根據(jù)差值，按照預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，得出控制量?？刂菩盘?hào)的輸出控制器將控制量輸出給執(zhí)行器，執(zhí)行器根據(jù)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。反饋調(diào)節(jié)通過(guò)測(cè)量元件檢測(cè)被控對(duì)象的輸出量，并將其反饋給控制器，控制器根據(jù)反饋信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使被控對(duì)象的輸出量逐漸接近設(shè)定值。02控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性定義穩(wěn)定性定義一個(gè)控制系統(tǒng)被稱為穩(wěn)定的，如果對(duì)于任意初始條件，當(dāng)時(shí)間趨于無(wú)窮時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)趨于某一平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)系統(tǒng)的一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)的輸出或響應(yīng)不再隨時(shí)間變化，即輸出達(dá)到穩(wěn)定值。穩(wěn)定性的分類根據(jù)系統(tǒng)對(duì)初始條件和外部擾動(dòng)的響應(yīng)，穩(wěn)定性可以分為大范圍穩(wěn)定和小范圍穩(wěn)定。奈奎斯特判據(jù)一種通過(guò)分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)來(lái)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，通過(guò)繪制系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。伯德判據(jù)一種通過(guò)分析系統(tǒng)的極點(diǎn)和零點(diǎn)位置來(lái)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，通過(guò)繪制系統(tǒng)的伯德圖來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。勞斯-赫爾維茨判據(jù)一種用于判斷線性時(shí)不變系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)的特征根的實(shí)部和虛部來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性判據(jù)一種通過(guò)分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)來(lái)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，主要通過(guò)繪制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線來(lái)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一種通過(guò)直接求解系統(tǒng)的狀態(tài)方程來(lái)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，主要通過(guò)求解系統(tǒng)的狀態(tài)響應(yīng)來(lái)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性分析方法時(shí)域分析法頻域分析法03控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)峰值時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間上升時(shí)間穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)域性能指標(biāo)01020304控制系統(tǒng)達(dá)到其最大超調(diào)量的時(shí)間?？刂葡到y(tǒng)從設(shè)定值開始達(dá)到并保持在允許誤差范圍內(nèi)的所需時(shí)間?？刂葡到y(tǒng)從設(shè)定值上升到最大值所需的時(shí)間。在穩(wěn)定狀態(tài)下，控制系統(tǒng)輸出與設(shè)定值之間的偏差。系統(tǒng)開環(huán)頻率響應(yīng)幅值在臨界頻率處的值與1之間的差值。幅值裕度系統(tǒng)開環(huán)頻率響應(yīng)相位在臨界頻率處的值與180度之間的差值。相位裕度系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性等于0.707時(shí)的頻率。帶寬頻率系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性等于0.707時(shí)的頻率。剪切頻率頻域性能指標(biāo)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與其性能指標(biāo)密切相關(guān)，如系統(tǒng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差等。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，需要綜合考慮穩(wěn)定性與性能指標(biāo)之間的關(guān)系，以獲得最佳的系統(tǒng)性能。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)，它決定了系統(tǒng)能否正常工作。穩(wěn)定性與性能的關(guān)系04控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法通過(guò)系統(tǒng)傳遞函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用于線性定常系統(tǒng)。傳遞函數(shù)法根軌跡法頻率響應(yīng)法通過(guò)繪制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的極坐標(biāo)圖，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過(guò)分析系統(tǒng)的頻率特性，研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性、帶寬和阻尼特性。030201經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)方法03滑?？刂圃O(shè)計(jì)滑模面和滑模控制器，使得系統(tǒng)狀態(tài)在滑模面上滑動(dòng)，適用于非線性系統(tǒng)和不確定性系統(tǒng)。01狀態(tài)空間法基于系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)，適用于線性時(shí)變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。02線性二次型最優(yōu)控制通過(guò)優(yōu)化性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)最優(yōu)控制律，適用于多輸入多輸出系統(tǒng)。現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)方法通過(guò)求解最優(yōu)控制問(wèn)題，得到最優(yōu)控制律和最優(yōu)軌跡。極大值原理將最優(yōu)控制問(wèn)題分解為一系列子問(wèn)題，通過(guò)求解子問(wèn)題得到最優(yōu)控制律。動(dòng)態(tài)規(guī)劃通過(guò)優(yōu)化二次型性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)線性狀態(tài)反饋控制器，適用于線性系統(tǒng)。線性二次型調(diào)節(jié)器最優(yōu)控制理論設(shè)計(jì)方法05控制系統(tǒng)的校正與補(bǔ)償在系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的輸出端加入一個(gè)串聯(lián)校正裝置，改變系統(tǒng)開環(huán)增益，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。串聯(lián)校正在系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的輸入端加入一個(gè)并聯(lián)校正裝置，對(duì)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行整體平移，改善系統(tǒng)靜態(tài)性能。并聯(lián)校正串聯(lián)校正和并聯(lián)校正的結(jié)合使用，同時(shí)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。復(fù)合校正控制系統(tǒng)的校正方法反饋補(bǔ)償通過(guò)引入反饋控制器，對(duì)系統(tǒng)輸出進(jìn)行補(bǔ)償，減小或消除系統(tǒng)誤差。前饋補(bǔ)償通過(guò)引入前饋控制器，對(duì)系統(tǒng)輸入進(jìn)行預(yù)處理，減小或消除系統(tǒng)干擾和不確定性對(duì)系統(tǒng)輸出的影響。自適應(yīng)補(bǔ)償利用自適應(yīng)算法，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中獲得的信息自動(dòng)調(diào)整控制器參數(shù)，以適應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)的變化和不確定性。控制系統(tǒng)的補(bǔ)償方法以系統(tǒng)輸出方差最小化為目標(biāo)，設(shè)計(jì)最優(yōu)控制器，使系統(tǒng)輸出盡可能穩(wěn)定。最小方差優(yōu)化通過(guò)配置系統(tǒng)極點(diǎn)，優(yōu)化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，使系統(tǒng)快速穩(wěn)定并減小超調(diào)。極點(diǎn)配置優(yōu)化利用系統(tǒng)狀態(tài)變量信息，設(shè)計(jì)最優(yōu)狀態(tài)反饋控制器，使系統(tǒng)狀態(tài)跟蹤誤差最小化。狀態(tài)反饋優(yōu)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)06控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例無(wú)人機(jī)飛行控制無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)控制算法，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定飛行和精確控制。衛(wèi)星姿態(tài)控制衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)通過(guò)傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的穩(wěn)定指向和精確姿態(tài)調(diào)整。航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)燃油流量和點(diǎn)火時(shí)間等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和性能優(yōu)化。航空航天控制系統(tǒng)的應(yīng)用智能制造系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備和傳感器，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制和優(yōu)化。智能制造工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器和傳感器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確運(yùn)動(dòng)和作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人能源控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)能源的供應(yīng)和需求，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和節(jié)約。能源控制工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用智能安防智能安防系統(tǒng)通過(guò)視頻監(jiān)控和報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)家庭的